基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，包括以下步骤：将激光光束照射在被测物体上，再利用成像系统对被测物体成像，通过图像传感器采集被测物体的原始散斑图像，接着将采集的原始散斑图像中单个像素点处于时域中的动态散斑强度转换到频域，并计算功率谱密度，以及对功率谱密度进行多项式拟合得到平滑曲线，然后将平滑曲线通过傅里叶变换转换到时域，计算像素点的自协方差函数并进行归一化，接着建立血流速度的测量模型，获得自协方差函数与血流速度之间的关系，最终拟合得到血流速度值；本发明不仅消除了静态噪声，提高了血流速度的测量准确度，而且避免了成像环境因素如光源强度、照射角度等的影响，提高了测量稳定性。
【专利说明】基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物组织血流成像领域，具体涉及一种基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法。
【背景技术】
[0002]激光散斑衬比成像是一种利用光学成像系统传输激光散斑图像以实现对全场血流进行成像的技术。激光散斑衬比成像系统主要由相干光源和图像采集设备组成，相干光经生物组织散射后随机叠加，并通过图像采集设备采集随机散斑图样进行空间衬比分析，最终估算出血流速度。激光散斑衬比成像方法具有操作简单、实用性强等特点，因此在生物医学研究、临床诊断、外科引导、皮肤、牙科、眼科和神经科学等领域获得了广泛的应用。
[0003]然而采用激光散斑衬比成像方法进行血流速度测量时，由于受环境条件(如光源强度、照射角度、成像物和相机参数)以及生物组织中的散射过程(如速度分布、静态散斑和多重散斑)的影响，使得已有的激光散斑衬比成像方法测得的血流速度存在较大误差。
[0004]针对以上问题，Parthasarathy等人利用多曝光时间散斑衬比成像方法获得自相关函数来代替使用单个衬比值获得单点的自相关函数值，以减少静态散射带来的影响，同时可以获得速度分布类型等有效信息。之后，Thompson和Andrews又在此基础上指出，将自协方差曲线转换为多普勒频谱的形式，便可使用激光多普勒测定中的算法估算出血流速度。通过以上方法虽然已经在很大程度上提高了散斑衬比度值的有效性，但是由于散斑图像依然受多种成像环境因素影响，因此利用激光散斑衬比成像方法直接测量血流速度中存在的误差问题仍然没有得到有效解决。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服以上不足，提供一种可以消除环境因数影响，提高测量准确度的基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，包括以下步骤:
[0007]S1:将激光光束照射在被测物体上；
[0008]S2:利用成像系统对被测物体成像；
[0009]S3:利用图像传感器采集被测物体的原始散斑图像；
[0010]S4:对原始散斑图像中的单个像素点进行计算，以获得单个像素点的自协方差函数，对单个像素点的自协方差函数进行归一化处理，包括以下步骤:
[0011]S41:利用公式(I )对采集的原始散斑图像中单个像素点(X，y)处于时域中的动态散斑强度进行傅里叶变换，转换到频域:
[0012]/(?)=丄( I )
[0013]其中I (t)表示时域中像素点(X，y)处光强序列，0?)表示频域中像素点(X，y)处光强序列，X和y分别表示像素点的横坐标和纵坐标；
[0014]S42:计算功率谱密度|/(4f，并对|/(叫|:进行多项式拟合得到平滑曲线；
[0015]S43:利用公式(II )将步骤S42中的平滑曲线通过傅里叶变换转换到时域，计算像素点(x，y)的自协方差函数:
【权利要求】
1.一种基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:将激光光束照射在被测物体上； S2:利用成像系统对被测物体成像； S3:利用图像传感器采集被测物体的原始散斑图像； S4:对原始散斑图像中的单个像素点进行计算，以获得单个像素点的自协方差函数，对单个像素点的自协方差函数进行归一化处理； S5:建立血流速度的测量模型，获得自协方差函数与血流速度之间的关系； S6:对归一化处理后的自协方差函数和血流速度的测量模型进行拟合，得到单个像素点的血流速度； S7:重复步骤S4~S6，获得原始散斑图像中每个像素点的血流速度，进而对生物组织特定区域或病灶区域血流速度的动态监测和分析。
2.根据权利I所述的基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，其特征在于，所述成像系统为透镜组成像系统。
3.根据权利I所述的基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括: S41:利用公式(I)对采集的原始散斑图像中单个像素点U，y)处于时域中的动态散斑强度进行傅里叶变换，转换到频域:
其中I(t)表示时域中像素点(X，y)处光强序列，0?)表示频域中像素点(X，y)处光强序列，X和y分别表示像素点的横坐标和纵坐标； S42:计算功率谱密度|/卜)f，并对$_)|2进行多项式拟合得到平滑曲线； S43:利用公式(II )将步骤S42中的平滑曲线通过傅里叶变换转换到时域，计算像素点(x，y)的自协方差函数:
其中τ代表时间间隔； 对Ct(T)进行归一化处理。
4.根据权利3所述的基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，其特征在于，所述步骤S5中，自协方差函数与绝对血流速度之间的关系为:
其中M是成像系统的放大倍数，τ代表时间间隔，I。= 0.41Μ λ/NA，λ为照射光波长，NA是成像系统的固定数值孔径，Vtl是像素点(x，y)的平均速度，f是像素点(x，y)的均方根速度。
5.根据权利4所述的基于频域激光散斑成像的血流速度测量方法，其特征在于，将步骤S43中经归一化处理的自协方差函数Ct ( τ )代入公式(III)进行拟合，得到像素点(X，y)的血流速度V。。
【文档编号】A61B5/0265GK104173038SQ201410438659
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】童善保, 李皓, 刘祺, 卢洪阳, 李瑶 申请人:上海交通大学